基于仿真分析下經濟速度對公路運輸成本節約的作用研究

摘 要：車輛在不同的行駛速度下有不同的燃油消耗水平，從而帶來不同的燃油費用成本。此外，更多的碳排放量使得碳排放的燃油治理成本增加。基于此，本文探究了經濟速度對公路運輸成本的節約作用，計算車速與百公里燃油量及百公里碳排放量的關系，從而研究經濟速度帶來公路運輸成本的節約。本文使用了AnyLogic對研究結果進行仿真，更直觀地表現經濟速度對公路運輸成本的節約作用。

關鍵詞：運輸經濟;經濟速度;成本節約;碳排放

本文索引：劉航.<變量 2>[J].中國商論，2022（05）：-061.

中圖分類號：F542 文獻標識碼：A 文章編號：2096-0298（2022）03（a）--03

要想進一步提高公路運輸過程中的效益，降低公路運輸的成本是非常必要的。公路運輸成本包括客貨運的各項支出，如運費、燃油費等，那么燃料成本及其衍生成本都是公路運輸成本的重要組成部分。對車輛燃料的相關成本進行節約，可以減少不必要的車輛運行燃油消耗，節省燃油費用，同時降低環境的治理成本，使公路運輸成本從整體上下降，對公路運輸的經濟效益具有正向的推動作用。

隨著我國公路事業的蓬勃發展，治理交通環境問題產生的成本逐漸受到人們的重視。2004 年，中國公路建設等帶來的CO2 排放量約為2.9億t，2015年達到5.22億t，預計2030年將增加至11.08億t。碳排放不僅造成嚴重的環境問題，還使我國的公路交通成本大幅增加。減少車輛的耗油量對成本的節約具有重大意義：第一，車輛的耗油量越小，需要為運輸支付的燃油成本就越低。第二，更少的油耗意味著更少的碳排放，對碳排放進行治理的費用也會更少。因此，公路運輸過程中需要盡可能減少車輛油耗，有利于運輸成本的節約。眾多研究表明，車輛的單位燃油消耗量與車速有明確的聯系[1， 2]，找到使車輛單位油耗量最小的速度，可以減少燃料消耗、節約成本，該速度被稱為經濟速度[3， 4]。

本文在探討了耗油量與運輸成本間的關系，找到減少運輸成本的方法。此外，利用AnyLogic仿真方法，驗證經濟速度下油耗量最少，碳排放量最低，成本最有可能被節約。總之，本文研究了不同車速與車輛燃油量之間的具體關系，驗證經濟速度下車輛運行時產生的公路運輸成本最低。

1 車速與耗油量的關系

1.1 車速與耗油量的關系

蔡春麗等（2015） [5]在合適的實驗條件下，分別測量車速為30～80km/h（步長為10km/h）時的百公里耗油量，建立了車速與百公里耗油量間的關系，由式（1）計算。

其中， y為車輛百公里耗油量[L/（100km）]; v為行車速度（km/h）。經過計算，實驗車經濟速度約為51.08 km/h，近似認為50 km/h為車輛的經濟速度。

1.2 經濟車速對燃油成本的節約作用

市場上常見的燃油類型有0號柴油、89號汽油、92號汽油和95號汽油，依然可以使用蔡春麗等（2015）得到的數學關系式來近似表示其他燃油百公里耗油量與車速的關系。根據不同類型燃油價格可計算車輛百公里燃油成本，由式（2）計算。某日西安市的燃油價格如表1所示，可得到車輛的百公里燃油成本結果，如圖1所示。

其中， C為百公里燃油成本（元）; y為百公里油耗量[L/（100km）]; P為單位燃油價格（元/L）。

由圖1可知，經濟速度下每種燃料類型的車輛百公里燃油成本最小，說明經濟速度能夠最大程度地節約燃油成本。不同燃料的燃油成本節約率在相同車速下是相同的，如圖2所示。由圖2可以看到，不同種類燃料下車輛經濟速度對燃油成本節約的曲線可擬合為一條曲線，趨勢與燃油成本曲線相似。也就是說，經濟速度相對其他速度可節約燃油成本，節約率最大可以達8%以上，節約程度比較可觀。

2 經濟車速對碳排放治理成本的節約作用

2.1 碳排放量與車速的關系

由于經濟車速下的行車耗油量最小，因此經濟車速不僅可以減少燃油成本，還可以間接減少碳排放治理而產生的成本。車輛百公里碳排放的計算主要與燃料密度、燃料凈發熱值、燃料缺省排放因子、燃料特征因子幾個參數有關[6， 7] 。采用燃料凈發熱值、燃料缺省排放因子、燃料特征因子確定燃料燃燒過程中的碳排放量，由式（3）計算。

其中， E為百公里碳排放量（mg/100km）; ρ為柴油或汽油密度（kg/L）; N為柴油或汽油缺省凈發熱值（MJ/kg）; Fi為基于凈發熱值的排放因子（mg/MJ）; Ii為特征因子[8]。

各種燃油密度ρ的近似值如表2所示。值得一提的是，0號柴油的密度在一定范圍內變動，為了方便，在計算中取值為0.86。汽油或柴油的缺省凈發熱值N的大小為43MJ/kg。車輛行駛過程中產生的溫室氣體主要有CO2、CH4、N2O，其他氣體排放量很小。采用聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出的排放因子作為中國道路運營能源排放因子[9]，結果如表3所示。此外，燃油燃燒所產生溫室氣體的特征因子如表4所示。

2.2 碳排放量與車速關系的仿真分析

根據式（3），利用AnyLogic建立仿真模型，得到速度與車輛百公里碳排放量之間的關系，如圖3所示。由圖3可知，經濟速度下的碳排放量最小，意味著此時的環境治理成本最小。

上述仿真結果驗證了經濟速度對碳排放造成環境污染的治理成本具有一定的節約作用，節約程度與對碳排放量的減少程度有關，結果如圖4所示。從圖4可以看到，經濟速度可以有效減少車輛的碳排放量，最大的減少率可以達到8%以上。

3 各燃料類型車輛混行時碳排放與速度的關系

圖5是某一時刻某路段上各車的百公里碳排放量（單位為107mg/100km）及積累的路段碳排放量（單位為mg/100km）的可視化結果。由此可以看到，使用不同類型燃料的車輛百公里碳排放量不同。圖中車輛為使用0號柴油，89號汽油，92號汽油，95號汽油的混行狀態。路段碳排放量是將不同車輛的百公里碳排放量換算到125m后的累計值，進一步對混行條件下平均到每輛車的路段碳排放量與車速的關系進行探討，結果如圖6所示。

從圖6可以看到，經濟速度下每輛車平均造成的路段碳排放量最小，意味著在車輛數相同的情況下，不管車輛使用燃油的情況如何變化，總碳排放量在經濟速度下達到最低。通過仿真可知，即使在不同車輛混行的狀態下，經濟速度依然是使碳排放最小的車速，最為綠色環保，最有益環境治理。

4 結語

根據本文的研究，可以得到以下結論：

（1）車輛速度與車輛耗油量之間是一個開口向上的拋物線關系。使車輛耗油量最低的速度，即經濟速度，大約為50km/h。

（2）在經濟速度下，車輛的百公里碳排放量最低，速度過低或者過高都會引起碳排放量的增加。

（3）考慮不同燃油車輛混行的情況下，經濟速度依然是使車輛碳排放量最低的車速，證明了經濟速度對節能減排的重要意義。

（4）車速與公路交通的成本存在聯系，成本包括燃油成本，也包括對車輛造成的環境污染的治理成本。由于經濟速度能最大限度地減少碳排放，所以經濟速度對環境治理成本有節約作用。同時，由于在經濟速度下耗油量最小，在燃油價格一定的條件下，經濟速度還可以節約燃油成本，最大節約率可以達到8%以上。

未來的研究應該進一步平衡經濟速度帶來的好處及人們對運輸快速性要求之間的關系。在對以上兩個方面權衡后，公路運輸的成本更低，經濟效益更好，使公路運輸活動能夠既快速又環保，實現交通強國背景下的快速、綠色交通運輸目標，推進交通強國戰略的實現。

參考文獻

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